(57)【要約】【課題】この発明は、Ｆｅ濃度が１００×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の拡散ウェーハを、Ｆｅ濃度の上限値が０．５ｐｐｍ  以下の熱処理部材を用いて製造することによって、パワーＭＯＳトランジスタの半導体デバイスの耐圧不良率を大きく低下しようとするものである。【解決手段】ウェーハに不純物を拡散して得られる拡散ウェーハのＦｅ濃度が１００×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である拡散ウェーハの製造において、Ｆｅ濃度が０．５ｐｐｍ  以下の熱処理部材によりウェーハを高温熱処理することを特徴とする拡散ウェーハの製造方法である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハに不純物を拡散して得られる拡散ウェーハのＦｅ濃度が１００×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である拡散ウェーハの製造において、Ｆｅ濃度が０．５ｐｐｍ  以下の熱処理部材によりウェーハを高温熱処理することを特徴とする拡散ウェーハの製造方法。
【請求項２】
ウェーハに不純物を拡散して得られる拡散ウェーハのＦｅ濃度が１００×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるパワーＭＯＳデバイス用拡散ウェーハの製造において、Ｆｅ濃度が０．５ｐｐｍ  以下の熱処理部材によりウェーハを高温熱処理することを特徴とする拡散ウェーハの製造方法。
【請求項３】
熱処理部材のＦｅ以外の不純物が、Ａｌが０．５ｐｐｍ  以下，Ｃｒが０．０１ｐｐｍ  以下，Ｃｕが０．０１ｐｐｍ  以下，Ｋが０．０４ｐｐｍ  以下である請求項１または２に記載の拡散ウェーハの製造方法。
【請求項４】
Ｆｅ濃度が０．５ｐｐｍ  以下である熱処理部材を使用して拡散処理して得られたＦｅ濃度が  １００×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の拡散ウェーハを用いることを特徴とするパワーＭＯＳデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トランジスタ、ダイオード、サイリスタなどのディスクリート（個別半導体素子）に用いられる拡散ウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トランジスタ、ダイオード、サイリスタなどのディスクリートには、不純物拡散層と非不純物拡散層の２層構造からなる拡散ウェーハが用いられる。拡散ウェーハの製造は、ラッピング処理された厚さ１０００μｍ以上のウェーハの両面に、燐，ボロンなどの不純物を厚さ５０〜３００μｍ程度拡散させて不純物拡散層を形成する。この不純物拡散のための処理は、熱処理用の炉心管、ウェーハ保持部材などの熱処理部材を使用して１０００℃以上の高温で長時間（８０〜３００時間）の熱処理が行われる。その後、ウェーハの中央部をスライスして非不純物拡散層（デバイス形成面）を露出させ、該非不純物拡散層を所定の厚さまで研削、研磨して製造されている。
【０００３】
このように、ディスクリート用に使用される拡散ウェーハは、デバイス形成面となる非不純物拡散層側が拡散処理時において直接露出されていないため、拡散処理時に用いられる熱処理部材には、ＩＣ用ウェーハに使用するような高純度の熱処理部材の適用は必要ないと考えられてきた。
【０００４】
しかしながら、最近、拡散ウェーハにおいて表面に残存する金属不純物が影響して、半導体デバイスの歩留まりが大きく低下する問題が生じている。そこで、発明者は拡散ウェーハの歩留まり低下の原因を調べたところ、拡散ウェーハの不純物拡散が、高温で長時間の熱処理によって行われるため、この熱処理工程で熱処理部材に含まれているＦｅが非不純物拡散層表面付近まで汚染していることが判明したものである。
【０００５】
拡散ウェーハの製造において、高温で長時間熱処理するのに用いる炉心管、ウェーハ保持部材といった熱処理部材に含まれるＦｅ濃度は、従来使用されていたもので、１〜１０ｐｐｍ  であった。このために、これを用いて加熱処理した拡散ウェーハは、炉心管に近い部分の面内位置（保持部材にウェーハのオリフラ側を上側にしてセットした場合のオリフラ側位置）と、ウェーハ保持部材と接触する部分の面内位置（保持部材にウェーハの反オリフラ側を下側にしてセットした場合の反オリフラ側位置）で、Ｆｅ濃度が５０×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から３０００×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とかなり高く、ディスクリート形成時における耐圧特性に悪影響を及ぼす原因となっていた。なお、ディスクリートデバイスにおける品質要求としての耐圧不良率は１％以下であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、Ｆｅ濃度が１００×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の拡散ウェーハを，Ｆｅ濃度の上限値が０．５ｐｐｍ  以下の熱処理部材を用いて製造することによって、拡散ウェーハの耐圧不良率を大きく低下しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ウェーハに不純物を拡散して得られる拡散ウェーハのＦｅ濃度が１００×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である拡散ウェーハの製造において、をＦｅ濃度が０．５ｐｐｍ  以下の熱処理部材によりウェーハを高温熱処理することを特徴とする拡散ウェーハの製造方法（請求項１）、ウェーハに不純物を拡散して得られる拡散ウェーハのＦｅ濃度が１００×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるパワーＭＯＳデバイス用拡散ウェーハの製造において、Ｆｅ濃度が０．５ｐｐｍ  以下の熱処理部材によりウェーハを高温熱処理することを特徴とする拡散ウェーハの製造方法（請求項２）、熱処理部材のＦｅ以外の不純物が、Ａｌが０．５ｐｐｍ  以下，Ｃｒが０．０１ｐｐｍ  以下，Ｃｕが０．０１ｐｐｍ  以下，Ｋが０．０４ｐｐｍ  以下である請求項１または２に記載の拡散ウェーハの製造方法（請求項３）及びＦｅ濃度が０．５ｐｐｍ  以下である熱処理部材を使用して拡散処理して得られたＦｅ濃度が  １００×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の拡散ウェーハを用いることを特徴とするパワーＭＯＳデバイスの製造方法（請求項４）である。即ち、この発明は、Ｆｅ濃度が０．５ｐｐｍ  以下の炉心管，保持部材といった熱処理部材を用いることによって、Ｆｅ濃度が１００×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である拡散ウェーハ又はパワーＭＯＳデバイスを製造する方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１で、１は半導体ウェーハである（図１−ａ）。なお、図１の（ａ）に示す半導体ウェーハ１の面仕上げは、ラッピング後、エッチング後、研削後、研磨後のいずれのものであってもよい。このウェーハ１を温度１２００℃に保持された熱処理炉に挿入し、炉内に酸素、窒素、及びＰＯＣｌ３ガスを導入して、デポ処理を行ってその表面に高濃度不純物が拡散されたデポ拡散層２を形成する（図１−ｂ）。３は非不純物拡散層である。次に、デポ拡散層２が形成されたウェーハを微量の酸素を含むアルゴンガス雰囲気中で、高温・長時間（例えば１２９０℃で３００時間）のスランプ処理を行い、不純物をさらに深くまで拡散させた不純物拡散層４を形成させる（図１−ｃ）。次に基板の中央部を内周刃により分割し、非不純物拡散層３を露出させる（図１−ｄ）。なお、このとき、片面側の不純物拡散層を研削等により完全に除去し、非不純物拡散層３を露出させてもよい。最後に、上記スライス面を所定の厚さまで研削、研磨を施すことで拡散ウェーハが完成する。なお、上述した加工方法に拘わらず、例えば、プラズマエッチング、スピンエッチング等を組み合わせて製造してもよい。
【０００９】
なお、上述したデポ拡散層２、不純物拡散層４の形成においては、例えば図２に示すような横型拡散炉が用いられる。即ち、筒状の炉心管５には、一方の端部にウェーハボート導入口１０と、もう一方の端部に熱処理用で必要な反応ガス導入口１１が形成されている。この炉心管５の中に、ウェーハ６を垂直に立てて保持しているウェーハボート７を入れてウェーハボート導入口１０を閉鎖し、炉心管５の外側に存在するヒーター２０により拡散処理を実施する。このときに用いられる炉心管，ウェーハボートの素材は、Ｓｉ，ＳｉＯ２，ＳｉＣが主として用いられる。
【００１０】
発明者は、上記のウェーハへの不純物拡散について、高温長時間の熱処理に使用する炉心管，ウェーハボートといった熱処理部材のＦｅ以外の不純物を一定とした上で、熱処理部材のＦｅ濃度と、拡散シリコンウェーハ中のＦｅ濃度と、パワーＭＯＳトランジスタの半導体デバイス耐圧不良率の相関関係を調査した。その結果、炉心管、ウェーハボートといった熱処理部材のＦｅ濃度が０．５ｐｐｍ  以下とすることによって、拡散シリコンウェーハ中のＦｅ濃度は１００×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることができるとともに、それによって半導体デバイスの耐圧不良率は１％以下にすることができることが判明したものである。
【００１１】
即ち、熱処理部材の高純度化は熱処理部材の高コスト化を招く一方で、他方ではこれを用いて得られる拡散ウェーハを用いた半導体デバイスの耐圧不良率低下を招くものであるが、発明者は、拡散ウェーハ製造時において使用する熱処理部材の最低純化しなければならない不純物の上限値（Ｆｅ：０．５ｐｐｍ  ）を見出したことで、より無駄にコストをかけずに、かつデバイス時の耐圧不良率が１％以下である拡散ウェーハを製造することが可能となったものである。また、本発明は換言するとＦｅ濃度が０．５ｐｐｍ  以下である熱処理部材を用いて拡散処理を行い、これによって得られたＦｅ濃度が１００×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の拡散ウェーハを用いることで耐圧不良率を１％以下におさえることが可能となるパワーＭＯＳデバイスの製造方法を提供することができる。
【００１２】
【実施例】
両面がラッピング処理された口径１５０ｍｍ、厚さ１０００μｍのＮ型半導体ウェーハを、温度１２００℃に保持された電気炉に挿入し、炉内に酸素、窒素及びＰＯＣｌ３ガスを導入して１８０分間デポ処理を行い、Ｎ型半導体ウェーハの両面に１０μｍデポ拡散層を形成させた。その後、スランプ処理に用いる熱処理部材のＦｅ濃度が０．１ｐｐｍ  ，０．５ｐｐｍ  の２種類の条件の熱処理部材を用意した。熱処理部材の材質としてＳｉＣを用いた。これらの熱処理部材におけるＦｅ以外の不純物濃度は、Ａｌが０．５ｐｐｍ  以下，Ｃｒが０．０１ｐｐｍ  以下，Ｃｕが０．０１ｐｐｍ  以下，Ｋが０．０４ｐｐｍ  以下である。これらの熱処理部材のそれぞれに対してデポ拡散層を形成した半導体ウェーハを、図４に示すように半導体ウェーハのオリフラ部を上方に向けて（反オリフラ部側を保持部材側に向けて）設置し、それぞれ１３００℃で３００時間スランプ処理を行い不純物拡散層を形成させた。その後、常法で加工を行って拡散ウェーハを得た。得られた拡散ウェーハを用いて、図４に示すように拡散ウェーハのオリフラ部（炉心管内部）と反オリフラ部（ウェーハ保持部材の接触部）の２箇所から１０ｍｍ四方片を切り出し、酸溶液に全溶解した後、ＩＣＰ−ＭＳ（不純物分析装置）にて拡散ウェーハの不純物濃度を測定した。また、上記条件で製造した拡散ウェーハを用いて、パワーＭＯＳＦＥＴデバイス工程を流動し耐圧不良率を評価した。
【００１３】
比較例
スランプ処理に用いる熱処理部材としてＦｅ濃度が１．０ｐｐｍ  ，５．０ｐｐｍ  ，１０ｐｐｍ  の３種類の条件の熱処理部材を用意した。これらの熱処理部材におけるＦｅ以外の不純物濃度は実施例と同じである。これを用いて実施例と同様に試験を行い、拡散ウェーハの不純物濃度と、パワーＭＯＳＦＥＴデバイス工程の耐圧不良率を評価した。以上の結果を表１に示した。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
表１を見ると熱処理部材、炉心管のＦｅ濃度が低下するにしたがって、拡散ウェーハの不純物濃度も低下する。これによって半導体デバイス耐圧不良率も低下することが確認できる。図３は表１に示した結果を図にまとめたものである。Ｘ軸には熱処理部材純度（ｐｐｍ  ）を、第１Ｙ軸（図中左側）には拡散ウェーハのＦｅ濃度、第２Ｙ軸（図中右側）にはそのウェーハを用いた時の半導体デバイス耐圧不良率（％）を示している。図３からも明らかなように、炉心管とウェーハ保持部材のＦｅ濃度を０．５ｐｐｍ  以下とすることによって、拡散ウェーハのＦｅ濃度を１００×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることができ、これによって目標とされる半導体デバイスの耐圧不良率を１％以下とすることができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によればウェーハへの不純物拡散において、高温長時間の拡散に使用する熱処理用の炉心管、ウェーハボートおよびウェーハ保持部材などの熱処理部材のＦｅ濃度を０．５ｐｐｍ  以下にすることによって、拡散ウェーハのＦｅ濃度は１００×１０１２  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下に抑えられ、その結果、パワーＭＯＳトランジスタの半導体デバイス耐圧不良率を１．０％以下とすることができるようになったものである。従って、この発明によって得られる拡散ウェーハを用いることによって、半導体デバイスの歩留まりを改善することができるようになったものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例になる拡散ウェーハの製造工程を示す工程図。
【図２】この発明になる拡散ウェーハのスランプ工程を示す説明図。
【図３】拡散部材純度と拡散ウェーハのＦｅ濃度と半導体デバイス耐圧不良率の関係を示す線図。
【図４】スランプ工程での炉心管内部におけるウェーハと保持部材の位置関係を示した説明図。
【符号の説明】
１…半導体ウェーハ、２…デポ拡散層、３…非不純物拡散層、４…不純物拡散層、５…炉心管、６…ウェーハ、７…ウェーハボート（保持部材）、１０…ウェーハボート導入口、１１…反応ガス導入口、２０…ヒーター。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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